CN100560680C - 一种室温相变储能介质及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种室温相变储能介质及制备方法，由重量百分比为65-71wt.%三水硝酸锂，20.8-32.2wt.%六水硝酸镁和2.8-8.2wt.%的硝酸钠组成。将上述成分按配比混合加热到30-40℃，待固相全部熔化为液相后，再搅拌均匀，该液相即可作为相变储能介质使用。本发明的材料具有相变温度在室温附近，较为环保，成本较低的特点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种以相变形式储存热能的相变材料。
背景技术
室温相变储能介质是一种在狭窄的室温区域内发生相变而储存或释放热量的物质。其作用机理是，当温度略高于室温(15℃-25℃)时，室温相变储能介质从环境中吸收大量热量而熔化，把能量储存起来，当温度低于上述温度区域时，已熔化的室温相变储能介质冷凝成固体而向室内环境释放大量的热量，从而维持室温的相对恒定。在日温差或周(每星期)温差很大的地区，室温相变储能介质具有重要的应用价值，它可在高温时段用作太阳能的吸收剂，而在夜间或较冷时段给室内供热，从而达到节能的目的。
理想的相变储能材料一般应具有相对恒定的溶点，这样才可能当环境温度高于或低于相变温度时，储能材料尽可能多地从环境吸收或向环境释放能量。这一特征对于储能材料从低品位太阳能中吸收能量和维持室温的恒定具有重要意义。
作为相变储能介质的物质可以是无水盐、盐水化合物及其混合物、有机物等。其中用作室温相变储能材料的有机物具有危险易燃，价格较贵，导热性不好等缺点；无水熔盐适用于高温储热；盐水化合物及其混合物适合于储存低温热源，这些材料在太阳能和城市余热利用，电网的削峰填谷等多方面有着广泛的应用。
目前，廉价、安全的，特别是相变温度在15℃～25℃的相变材料并不多见。而相变温度在上述范围的不易燃的无机相变材料则尤其少见。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种相变温度在室温附近，较为环保，成本较低的无机相变储能介质。
发明人通过研究发现，把三水硝酸锂、六水硝酸镁和硝酸钠按一定的比例混合后，可获得一共晶相变温度在24℃左右的储能介质。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
本发明的储能介质由65-71wt.％三水硝酸锂，20.8-32.2wt.％六水硝酸镁和2.8-8.2wt.％的硝酸钠组成。
所述的储能介质的最佳组成为三水硝酸锂：68.12wt.％，六水硝酸镁：26.42wt.％，硝酸钠：5.46wt.％。
将三水硝酸锂、六水硝酸镁、硝酸钠按配比混合加热到30-100℃，搅拌均匀并保持一段时间后，这些固相熔化为液相，该液相即可作为相变储能介质使用。
上述三水硝酸锂可通过浓缩结晶硝酸锂溶液制得，亦可通过水与无水硝酸锂按3±0.2∶1的摩尔比比例混合制得。上述六水硝酸镁可通过浓缩结晶硝酸镁溶液制得，亦可通过水与无水硝酸镁按6±0.2∶1的摩尔比比例混合制得。
上述储能材料亦可由硝酸镁溶液、硝酸锂溶液和硝酸钠溶液调配而成，调配后的材料含硝酸锂36.4-40.0wt.％，硝酸镁12.0-18.7wt.％，硝酸钠2.8-8.2wt.％，水33.1-48.8wt.％.
其作用机理是，在硝酸锂-硝酸镁-硝酸钠-水四元体系中存在一个由三水硝酸锂、六水硝酸镁和硝酸钠所组成的共晶点，该点的共晶温度为24℃左右。
把该储能介质封装于金属或透明玻璃(或有机玻璃)容器中，置于建筑物室内或墙体中，用于调节室内温度，使其保持在一个舒适的温度范围。
发明的效果：
本发明人通过多次实验研究确定了该室温相变储能介质的各组分及相应的含量，该材料具有相变温度点稳定、相变时固相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感等诸多优点。当环境温度高于25℃时，该储能材料通过自身的融化大量地从环境中吸收热量，当环境温度低于22℃时，储能材料凝固再向环境释放大量的热量，从而维持环境温度的稳定。所发明的储能材料的恒温效果见如下实施例：
附图说明
图1储能材料组成示意图
图2最佳储能材料吸放热温度曲线图
图3储能材料1吸放热温度曲线图
图4储能材料2吸放热温度曲线图
图5储能材料3吸放热温度曲线图
图6储能材料4吸放热温度曲线图
图7储能材料5吸放热温度曲线图
图8储能材料6吸放热温度曲线图
图9储能材料7吸放热温度曲线图
具体实施方式：
以下实施例是为了更详细地解释本发明，但不是对本发明的限制，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。
实施例1：
把68.12克三水硝酸锂、26.42克六水硝酸镁和5.46克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的a点所示，该液体含38.18克硝酸锂、15.28克硝酸镁，5.46克硝酸钠和41.08克水。装该液体于密闭容器中，将该容器置于15℃的空气环境中，测得介质温度变化如图2实线所示，可见，在22℃左右出现一个明显的温度平台，这是由于介质在这一温度下凝固向环境释放大量的热量，从而维持自身温度的稳定。观察介质的结晶行为可见，在25℃时，介质完全为液态，而在21℃时，介质几乎完全转变为固态。
再将装有已完全固化的该储能介质的容器置于室温为30℃的环境，介质升温曲线如图2实线所示。可见，在24℃左右有一个明显的温度平台，这是该介质从环境中大量吸收热量的缘故，高于25℃，介质完全融化，因而升温速度加快。
用同样重量的纯水重复上述过程，测得其升降温曲线如图2虚线所示，可见水在很短时间内即达到环境温度。
比较两者可见，本发明的储能介质能从高于25℃的环境吸收大量的热量，以及向低于22℃环境释放大量的热量，从而维持介质本身以及环境温度的恒定，其温度调控能力要比纯水大很多倍。
实施例2：
把65克三水硝酸锂、32.2克六水硝酸镁和2.8克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的1点所示，该液体含36.44克硝酸锂、18.62克硝酸镁，2.8克硝酸钠和42.14克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图3实线所示。可见该材料在21-25℃之间亦有明显的温度平台，只是降温曲线质量稍差。与纯水比较，该储能介质仍具有很好的恒定室温性能，同样可作为室温相变储能材料使用。
实施例3
把71克三水硝酸锂、26.2克六水硝酸镁和2.8克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的2点所示，该液体含39.8克硝酸锂、15.15克硝酸镁，2.8克硝酸钠和42.25克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图4实线所示。可见该材料在21-25℃之间亦有明显的温度平台，只是降温曲线质量稍差。与纯水比较，该储能介质仍具有很好的恒定室温性能，同样可作为室温相变储能材料使用。
实施例4
把71克三水硝酸锂、20.8克六水硝酸镁和8.2克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的3点所示，该液体含39.8克硝酸锂、12.03克硝酸镁，8.2克硝酸钠和39.97克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图5实线所示。可见该材料在21.5-24.7℃之间亦有明显的温度平台。与纯水比较，该储能介质具有很好的恒定室温性能，同样可作为室温相变储能材料使用。
实施例5
把65克三水硝酸锂、26.8克六水硝酸镁和8.2克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的4点所示，该液体含36.43克硝酸锂、15.5克硝酸镁，8.2克硝酸钠和39.87克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图6实线所示。可见该材料在22-24.4℃之间亦有明显的温度平台。与纯水比较，该储能介质具有很好的恒定室温性能，同样可作为室温相变储能材料使用。
对比例1
把50克三水硝酸锂、48.5克六水硝酸镁和1.5克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的5点所示，该液体含28.03克硝酸锂、28.05克硝酸镁，1.5克硝酸钠和42.42克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图7实线所示。可见该材料在降温过程中有一个极短的平台，而在升温过程中无明显的平台，因而不能作为恒定室温的储能材料使用。
对比例2
把88克三水硝酸锂、10.5克六水硝酸镁和1.5克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的6点所示，该液体含49.33克硝酸锂、6.07克硝酸镁，1.5克硝酸钠和43.1克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图8实线所示。可见该材料在升温和降温过程中均无明显的平台，因而不能作为恒定室温的储能材料使用。
对比例3
把58.5克三水硝酸锂、23克六水硝酸镁和18.5克硝酸钠混合在一起，加热至30-40℃并保持一段时间，发现仍有部分固体没熔化成液体，该混合物组成如图1中的7点所示，该混合物含32.79克硝酸锂、13.3克硝酸镁，18.5克硝酸钠和35.41克水。装该混合物于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图9实线所示。由于有一部分固体在整个升温和降温时段一直没溶化，因而对恒定室温贡献极小，因此，尽管该配比的材料在升温和降温时段均有明显的平台，但平台维持时间太短，仍不适宜作为恒定室温的储能材料使用。
Claims (5)
1.一种室温相变储能介质，其特征在于，由重量百分比为65-71wt.％三水硝酸锂，20.8-32.2wt.％六水硝酸镁和2.8-8.2wt.％的硝酸钠组成。
2.根据权利要求1所述的一种室温相变储能介质，其特征在于，所述的储能介质的组成为三水硝酸锂：68.12wt.％，六水硝酸镁：26.42wt.％，硝酸钠：5.46wt.％。
3.制备权利要求1所述的一种室温相变储能介质，其特征在于，将三水硝酸锂、六水硝酸镁、硝酸钠按配比混合加热到30-100℃，搅拌均匀并保持一段时间后，这些固相熔化为液相，该液相即可作为相变储能介质使用。
4.根据权利要求3所述的一种室温相变储能介质的制备方法，其特征在于，三水硝酸锂通过浓缩结晶硝酸锂溶液制得，或是通过水与无水硝酸锂按3∶1的摩尔比比例混合制得。
5.根据权利要求3所述的一种室温相变储能介质的制备方法，其特征在于，六水硝酸镁通过浓缩结晶硝酸镁溶液制得，或是通过水与无水硝酸镁按6∶1的摩尔比比例混合制得。
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